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Associazione Italiana di Acustica
41° Convegno Nazionale
Pisa, 17-19 giugno 2014
IL RUMORE DERIVANTE DA IMPIANTI EOLICI:
CARATTERIZZAZIONE E CONFRONTO DI TRE DIFFERENTI
TIPOLOGIE DI AEROGENERATORI
Pietro Paolo Capone (1), Salvatore Procopio (1), Salvatore Ferro (1)
(1) A.R.P.A.CAL, Agenzia Regionale per la Protezione dell'Ambiente della Calabria
1. Premessa
La Regione Calabria, nel corso degli ultimi 5 anni ha visto un’importante diffusione
di impianti eolici su gran parte del proprio territorio.
Questo repentino incremento nel posizionamento e soprattutto nel funzionamento
degli impianti eolici, ha determinato una pressione ambientale articolata in cui l’agente
fisico inquinante rumore generato dagli aerogeneratori e percepito dai potenziali
ricettori assume una dimensione importante.
I parchi eolici, si sono diffusi ampiamente su tutta la Regione e per vincoli orografici
o per limiti imposti da dispositivi legislativi, sia regionali che nazionali, risultano essere
maggiormente concentrati in tre zone ben definite ossia: nell'area “dei Due Mari” in
provincia di Catanzaro, in quella “del Marchesato” in provincia di Crotone e nell'area
“dello Stretto” in provincia di Reggio Calabria.
Nell’intera Regione Calabria risultano operativi circa 27 impianti eolici con una
potenza nominale totale di 400 MW, su un totale di 56 impianti eolici autorizzati per
una potenza impegnata di 1900 MW (Regione Calabria, Dipartimento Attività
Produttive anno di riferimento 2012).
Gli impianti installati si differenziano per potenza e tipologia di aerogeneratore
impiegato. Questi infatti passano da potenze di 100-800 kW per singola torre a vere e
proprie “Wind Farm” con decine di aerogeneratori di taglia fino a 2,5-2,8 MW.
Essendo a tutt'oggi (aprile 2014) operativi meno della metà degli impianti autorizzati
e con una produzione inferiore ad un quarto di quella teorica, c'è da ipotizzare per i
prossimi anni un intensificarsi del posizionamento di ulteriori aerogeneratori.
Il presente studio analizza l'impatto acustico delle diverse tipologie di aerogeneratori
che risultano essere più presenti sul territorio regionale.
Si evince dai risultati acquisiti che il livello acustico percepito e misurato
sperimentalmente è minore per gli aerogeneratori di potenza più grande; ciò equivale ad
ipotizzare che gli aerogeneratori di piccola potenza hanno un impatto acustico più
41° Convegno Nazionale AIA
importante.
Lo studio propone una nuova e specifica metodologia per il calcolo del “Rumore
Residuo” attraverso la definizione del rumore residuo a macchina ferma,
differenziandolo da quello a macchina spenta. La nuova indicazione di Rumore Residuo
è essenziale ai fini di una più corretta applicazione della legge n.447/95, in quanto
fornisce nuovi particolari sul rumore percepito in funzione della taglia del generatore
eolico.
Una specifica metodologia di valutazione dell’impatto acustico generato dalle pale
eoliche e basato sul rumore prodotto per differenza di taglia, potrebbe condizionare i
programmi d’installazione futuri, imponendo una riduzione nel numero di
aerogeneratori da posizionare ma di taglia più grande. Inevitabilmente anche l'iter
autorizzativo avrebbe dei contraccolpi, favorendo ad es. per un revamping tecnologico il
posizionamento di un numero minore di torri, elemento portante della struttura eolica,
più alte e con aerogeneratori più potenti.
Si possono cogliere nel presente studio elementi di adeguamento normativo,
determinato dalle osservazioni sperimentali, considerando che attualmente la norma
vigente è inadeguata a valutare questa tipologia di sorgenti.
2. Materiali e metodi
Le valutazioni sull'impatto acustico degli aerogeneratori di diversa taglia sono stati
condotti essenzialmente nelle tre aree evidenziate nella figura 1 in cui da Nord sono
individuate le aree del Marchesato (KR), dei Due Mari (CZ) e dello Stretto (RC).
Figura 1 - Aree della Calabria con maggiore
diffusione di Impianti eolici
Le tre aree geografiche sono accomunate dalla presenza di una ventosità costante su
periodo annuo, con particolare riferimento all’intervallo primaverile marzo-giugno e
dalla particolare conformazione orografica in cui, ampi altopiani si alternano a vallate o
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dirupi estremamente scoscesi. La conformazione orografica del territorio ha determinato
una minore densità abitativa di queste aree nelle quali sono stati allocati gli impianti
eolici e dove insistono insediamenti urbani di tipo rurale.
L'attività di monitoraggio svolta dalla Agenzia Regionale per la Protezione
dell’Ambiente della Calabria (ARPACal) per il controllo dell'inquinamento acustico
generato dalle torri eoliche è inquadrabile sia con le normali attività di verifica postautorizzativa che su richiesta dell'autorità giudiziaria.
Pur trattandosi di aree scarsamente abitate, la presenza delle torri eoliche, ha favorito
numerosi contenziosi tra i ricettori ed i gestori degli impianti, in riferimento al presunto
rumore molesto percepito e proveniente dagli aerogeneratori.
Al fine quindi di determinare i livelli di immissione ed emissione oltre a quelli
differenziali generate dalle sorgenti rumorose, a partire dal 2010 sono state realizzate
diverse campagne di misura finalizzate alla messa a punto di una procedura di misura e
ad una metodica di calcolo estremamente versatile, capace di rappresentare nel modo
più fedele possibile l'impatto acustico delle torri eoliche.
Dall'analisi dei riferimenti normativi che regolano l'inquinamento acustico, appare
subito evidente come questi, rispetto alla problematica del rumore generato dalle pale
eoliche, risultano essere alquanto deficitarie, poiché incomplete. L’impatto acustico
prodotto da un aerogeneratore e più in generale quello prodotto da un intero impianto
eolico non può essere analizzato parimenti ad una qualsiasi attività economica o
commerciale, per le quali la definizione del rumore ambientale o residuo è ben
codificata.
Un aerogeneratore, indipendentemente dalla sua potenza nominale trasforma
l’energia meccanica generata dalla spinta del vento in energia elettrica. Tale
trasformazione avviene grazie alla rotazione delle pale che, collegate in modo solidale
con un generatore elettrico riescono a produrre energia elettrica.
L’azione del vento quindi rappresenta la componente fondamentale per la
generazione dell’energia elettrica in quanto a seconda della sua intensità e direzione si
ha una correlazione strettamente proporzionale con la produzione di energia elettrica.
Pertanto quanto maggiore è l’intensità del vento tanto maggiore sarà la rotazione delle
pale e quindi la produzione di energia elettrica.
La rotazione delle pale per motivi di sicurezza è posta in un range variabile di
velocità angolare, strettamente legata alla velocità del vento. Quando l’intensità del
vento supera una soglia prestabilita le pale si pongono in “rotazione libera” senza
collegamento con il rotore del generatore elettrico. La rotazione minima per la
generazione di energia elettrica è legata al momento inerziale delle pale che pur
mettendosi in moto con velocità del vento molto modeste, non riescono a trasmettere
lavoro utile al generatore per produrre energia elettrica.
Da questa breve disamina del funzionamento della pala eolica si può dedurre che:
 la velocità di rotazione della pala dipende dalla velocità e direzione del vento; la
pala si mette in moto anche con valori molto bassi della velocità del vento,
autoposizionandosi rispetto alla direzione migliore;
 la produzione di energia elettrica dipende dall’intensità del vento. La produzione
di energia elettrica è limitata ad un range di velocità ben definito tra una minima
che rappresenta il punto in cui il generatore entra in produzione e una massima
che rappresenta la velocità sopportabile dall’aerogeneratore prima che venga
posto in stallo;
 le possibili fonti di rumore provenienti dalla pala eolica sono diverse.
L’ultimo punto in particolare merita qualche considerazione in quanto la rotazione
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della pala ed il funzionamento della stessa generano sostanzialmente due tipologie di
rumore ben definite:
a) un rumore di tipo diretto;
b) un rumore di tipo indiretto rispetto all’intensità e direzione del vento.
Con l’espressione di rumore diretto si indicano i contributi rumorosi riconducibili
alla rotazione della pala eolica e quindi direttamente legate all’azione del vento, mentre
con l’espressione di rumore indiretto si indicano quei contributi non strettamente
dipendenti dall’azione del vento ma legati al funzionamento della pala eolica stessa.
Alla prima categoria si possono accorpare:
1. il rumore generato dal movimento delle pale nel fendere il vento;
2. il rumore degli organi meccanici posti in rotazione;
3. il rumore generato dall’effetto vela sulla torre di sostegno e sulla navicella.
Alla seconda categoria appartengono:
1. il rumore generato dal sistema di raffreddamento del generatore elettrico;
2. il rumore legato dagli organi di posizionamento della navicella e delle pale;
3. il rumore generato dagli apparati elettrici ed elettronici posti per il corretto
funzionamento della pala;
4. Il rumore generato dai dispositivi elettrici quali trasformatore, inverter, ecc.
necessari per la corretta utilizzazione dell’energia elettrica prodotta per una
efficace immissione nella rete elettrica.
Il rumore di prima categoria, quello legato all’azione del vento, determina una
correlazione discontinua tra vento e rumore poiché in maniera proporzionale più le pale
girano ed in linea di principio più il rumore ambientale aumenta; per la seconda
categoria il rumore che si genera è indipendente dal vento ed il contributo delle
componenti sopra indicate al rumore ambientale è di tipo continuo.
Essendo quindi, il rumore ambientale generato dalle pale eoliche di tipo misto ossia
discontinuo in un caso e continuo nell’altro, vedremo nel proseguo di questa trattazione
come le due componenti si integrino e come si possa valutare il rumore residuo per
l’applicabilità del criterio differenziale anche in considerazione che il funzionamento
delle pale, salvo malfunzionamenti appare continuativo in un periodo di 24 ore.
Le tipologie di impianti monitorati sono caratterizzati nella seguente tabella 1.
Tabella 1 – tipologie di aerogeneratori esaminati
Altezza
Raggio
Punto più
Tipologia
centro rotore della Pala
alto
rotazione
[m]
[m]
[m]
Potenza
nominale
[MW]
N°
Tipologia
1
tripala
100
60
160
antiorario
2,8
2
tripala
85
45
130
antiorario
2,5
3
tripala
60
40
100
antiorario
1,2
4
tripala
60
35
95
antiorario
0,8
Per ognuna delle pale esaminate si è cercato di normalizzare le metodologie di
misura non soltanto dal punto di vista della tecnica di misura ma anche per le condizioni
meteoclimatiche, attraverso la misurazioni in periodi comparabili con le medesime
condizioni di vento, di temperatura, precipitazioni atmosferiche. A tal fine durante tutte
le campagne di misura si è utilizzata un’apposita centralina meteoclimatica in grado di
effettuare misurazioni e registrazioni di tutti i parametri su un lungo periodo.
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Inoltre è stata valutata la medesima periodicità oraria effettuando per tutte le
tipologie di aerogeneratori misure in periodi sia diurni che notturni.
Figura 2 - misura dei parametri meteoclimatici per aerogeneratori da
2,8 MW - area dei Due Mari
Il parametro di riferimento stabilito dalle norme ed acquisitoè la grandezza con cui in
genere si valuta il danno generato dall’esposizione umana a fonti di rumorose. Esso è il
livello di rumore costante che, nel tempo di misurazione, presenta la stessa energia
totale e quindi la stessa potenzialità di danno del rumore variabile nel tempo prodotto
dalle macchine.
Al fine di definire la variabilità temporale nella diffusione del rumore, la durata dei
rilievi è stata inizialmente posta a 15 minuti e successivamente a periodi di 5 e 10
minuti, ritenuti comunque sufficienti in funzione del contesto ambientale di misura, per
la registrazione del fenomeno rumoroso e per limitare possibili disturbi accidentali.
Ogni periodo di misura, per meglio valutare eventuali anomalie o eccezioni è stato a
sua volta diviso in sottoperiodi della durata di un minuto ciascuno.
L’acquisizione del livello di rumore in ambiente abitativo, come previsto dalla
norma, è stata realizzata posizionando il fonometro a 1,50 m da terra, ad almeno un
metro da altre superfici interferenti (pareti, tende, mobili ed ostacoli in genere) ed
orientato verso la sorgente di rumore la cui provenienza era ben definita.
Parallelamente alle misure del vento al suolo, si è provveduto con la registrazione
dei dati relativi al vento “in quota”, all’altezza della navicella delle pale eoliche.
Quest’ultime informazioni sono disponibili negli archivi delle società esercenti
degli impianti che, con un apposito software di gestione, gestibile a distanza con un
collegamento GSM, possono monitorare in tempo reale molti dati caratteristici relativi
all’operatività delle pale eoliche con particolare riferimento alla velocità e direzione del
vento e contestualmente alla produzione di energia elettrica. Questi dati possono essere
disponibili in tempo reale e vanno a costituire un data-base consultabile per archiviare
“dati storici” da utilizzare in qualsiasi momento su espressa richiesta.
Per una corretta effettuazione dei rilievi fonometrici si è provveduto a misurare sia
LA (Rumore Ambientale) che LR (Rumore Residuo) in funzione della sorgente
disturbante. In particolare per il calcolo del rumore residuo, per isolare completamente
la pala eolica dal contesto ambientale è stato necessario non soltanto fermare la pala
eolica (calcolo del Rumore Residuo a pala ferma) ma spegnere tutti i dispositivi elettrici
ed elettronici, compreso l’impianto di raffreddamento, presenti nella pala eolica (calcolo
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del Rumore Residuo a pala spenta). Tale operazione, che rappresenta un vero e proprio
fermo tecnico per la pala eolica è stato effettuato, su nostra richiesta, dai tecnici delle
società esercenti tramite un apposito software di gestione, in grado di comandare
l’accensione e lo spegnimento dei diversi apparati oltre che la messa in marcia della
pala eolica. Tale fermo tecnico è durato per il tempo strettamente necessario
all’effettuazione di tutti i rilievi del caso.
Il calcolo del LA è stato eseguito considerando la pala in movimento e con tutti i
dispositivi tecnici ad essa collegati, in funzione. Per questa valutazione quindi, si è
considerato l’intero contributo della pala eolica nel contesto territoriale ed all’interno
delle abitazioni dei ricettori.
Si è cercato inoltre, di capire quale correlazione si instauri tra il rumore generato
dalla pala eolica e la velocità del vento. Al fine quindi, per valutare meglio questo
aspetto per le misure fonometriche, si è utilizzata la cuffia antivento. Questo dispositivo,
posizionato a protezione del microfono del fonometro, serve a limitare proprio il
contributo dovuto alla pressione esercitata dal vento quando colpisce direttamente il
microfono stesso, per evitare la, registrazione dell’ “effetto soffio” che va ad innalzare
impropriamente il livello di rumore misurato.
3. Risultati e conclusioni
Soffermandoci sulla tipologia di rumore misurato sia di tipo ambientale (LA) che
residuo (LR), si è notato che per distanze sempre più crescenti a partire
dall'aerogeneratore, a prescindere dalla taglia di produzione di energia elettrica, il
rumore segue il decadimento tipico delle sorgenti approssimate sferiche. Bisogna
considerare il posizionamento del rotore rispetto al ricettore, poiché un posizionamento
ortogonale genera delle variazioni nelle percezioni rispetto ad un orientamento
parallelo. Il risultato per un certo verso più sorprendente è stato quello di aver notato
come le dimensioni maggiori di un aerogeneratore, a parità di tipologia di forma
aerodinamica della pala, determinano complessivamente una diffusione di rumore
nell'ambiente minore rispetto a pale di taglia inferiore.
Quanto più una pala ha un profilo alare più performante, tanto migliore sarà l'azione
nel fendere il vento. Nel calcolo del rumore ambientale il così detto “Whoosh” ciclico,
legato al Wind Shear ossia, alle azioni che il vento produce sul rumore prodotto dalle
pale poste in rotazione, per pale molto grandi associate a generatori fino a 3 MW appare
del tutto trascurabile se paragonato a quanto avviene su pale di dimensioni
notevolmente ridotte. Lo stesso ragionamento vale per il calcolo del rumore residuo a
pala spenta in quanto le maggiori dimensioni della navicella e una maggiore distanza
dai possibili ricettori, di fatto diminuiscono la percezione del rumore dovuto al
contributo delle componenti elettromeccaniche che costituiscono la navicella eolica.
Così come ampiamente trattato in bibliografia è certamente vero che più spira il
vento e più le pale tendono ad aumentare la velocità di rotazione fendendo di
conseguenza l’aria con un periodicità maggiore, aumentando in linea di principio il
rumore complessivo generato, è pur vero che l’aumentare del vento fa innalzare il
livello del rumore di fondo in quanto si aumenta ad esempio il movimento delle fronde
degli alberi o dell’erba variando il livello del rumore ambientale. Paradossalmente i dati
del vento in quota e del vento al suolo possono essere sensibilmente diversi e ciò, nei
casi più particolari, può determinare la percezione che le pale eoliche girino anche in
“assenza di vento”, dando la sensazione di maggiore rumorosità in quanto manca il
contributo al rumore ambientale del vento ad altezza suolo (come ad esempio l'
azionamento delle pale per correnti termiche).
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E proprio in queste situazioni limite che trascurare il contributo delle componenti
attive delle pale eoliche determina una sottostima del rumore ambientale con errori
decisamente non trascurabili (dell'ordine di diversi dB).
Di seguito, in tabella 2, a titolo esemplificativo, viene proposto un confronto di tre
diverse pale eoliche, dettagliate in precedenza, nelle quali si evidenziano le differenze
sostanziali nel calcolo del Rumore Residuo, proprio durante l'assenza di vento, in
campo aperto e ad altezza suolo. Tali valori sono approssimati a 0,5 dB. La distanza
indicata in tabella, indicata come “punto di misura” si riferisce alla distanza lineare dalla
base della torre di sostegno, rispetto al punto di misura (fonometro posizionato ad 1,5 m
dal suolo e con microfono rivolto verso la torre eolica).
Per tale confronto si è cercato di uniformare la metodologia di misura scegliendo siti
comunque comparabili tra loro, per tipologia di torri di sostegno (in entrambi i casi
tubolari), territorio, vegetazione, posizionamento delle pale rispetto al ricettore, periodo
e tempo di misura.
Tabella 2 – confronto nella metodologia di calcolo del rumore residuo per tre pale
eoliche di taglia sensibilmente diversa – periodo misure: notturno
Punto di misura
150 m
300 m
450m
Punto di misura
150 m
300 m
450m
Punto di misura
150 m
300 m
450m
Tipologia 1 – 2,8 MW
Rumore Residuo
Rumore Residuo
pala ferma
pala spenta
RRPF [dB]
RRPS [dB]
42,0±1,0
35,0±0,5
38,0±1,0
35,0±0,5
35,0±1,0
35,0±0,5
Tipologia 3 – 1,2 MW
Rumore Residuo
Rumore Residuo
pala ferma
pala spenta
RRPF [dB]
RRPS [dB]
45,0±1,0
36,0±1,0
40,0±1,0
36,0±1,0
37,0±0,5
36,0±1,0
Tipologia 4 – 0,8 MW
Rumore Residuo
Rumore Residuo
pala ferma
pala spenta
RRPF [dB]
RRPS [dB]
44,0±1,0
36,0±0,5
39,0±1,0
36,0±0,5
37,0±1,0
36,0±0,5
Differenza
[dB]
7
3
0
Differenza
[dB]
9
4
1
Differenza
[dB]
8
3
1
Per i valori indicati in tabella, per tutte e tre le tipologie, è stato valutato l’errore
relativo alla misura. In particolare i valori del RRPS, risultano maggiormente influenzati
da fattori esterni come ad es. eventi occasionali o come la maggiore o minore distanza
del fonometro da altre sorgenti rumorose (ad es. le restanti pale eoliche costituenti il
parco eolico). Sperimentalmente si è trovato che l’incertezza di misura possa essere
condizionata dalla distanza tra sorgente e bersaglio e che comunque tale valore non è da
considerare nel calcolo del LR in quanto va ricondotto esclusivamente nel calcolo del
Rumore LA, o eventualmente al calcolo del limite di emissione, se riferito alla singola
pala eolica o ai limiti di immissione se riferiti all’intero parco eolico.
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Se si definisce un indice I come rapporto tra il rumore residuo a pala spenta (RRPS)
e a pala ferma (RRPF) come nella relazione (1),
(1)
I=
RRPS
RRPF
si può intuire come questo possa dare importanti informazioni sul diverso approccio
nella modalità di calcolo del LR.
La successiva figura 3, infatti, dimostra come sia immediata la differenza tra il
rumore residuo a pala spenta e quello a pala ferma. Soltanto a 450 m dal recettore e per
un impianto con aerogeneratori di potenza pari a 2,8MW, l’indice I=1 quindi la
definizione tra rumori residuo si equivale. In tutti gli altri casi l’indice I è inferiore ad 1,
a testimonianza che il rumore residuo a pala spenta è inferiore a quello a pala ferma.
Figura 3 – andamento dell’indice I
In questa trattazione si è omesso il calcolo del valore del LA, soffermandoci
esclusivamente sul livello del LR. Ciò in quanto sia LA che LR dipendono comunque
dall'intensità e dalla direzione del vento. Dai risultati della tabella 2 è evidente che
l'eventuale definizione dei limiti differenziali sia in orario diurno che soprattutto in
orario notturno, a prescindere dalla correlazione vento/rumore della pala, non ci si può
esimere nel considerare in modo preciso il calcolo del LR per non commettere errori di
sottostima.
4. Bibliografia
[1] D.P.C.M. 01.03.1991, Limiti massimi di esposizione al rumore negli ambienti
abitativi e nell’ambiente esterno.
[2] Legge 26.10.1995, n. 447, Legge Quadro sull’inquinamento acustico.
[3] D.P.C.M. 14.11.1997 Decreto Attuativo Legge Quadro, Determinazione dei
valori limite delle sorgenti sonore.
[4] D.M. 16.03.1998, Tecniche di rilevamento e di misurazione dell'inquinamento
acustico.
[5] Legge Regionale 19 ottobre 2009, n. 34 - Regione Calabria, Norme in materia
di inquinamento acustico per la tutela dell’ambiente nella Regione Calaria.
[6] ISPRA, Linee Guida per la valutazione e il monitoraggio dell'impatto acustico
degli impianti eolici, Delibera del Consiglio federale – seduta del 20 ottobre 2012.
[7] Deliberazione della Giunta Regionale della Calabria del 30 gennaio 2006 n°55allegato A – Indirizzi per l’inserimento degli impianti eolici sul terr. regionale.
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